지그가 정해 주는 것부터 구분합니다
LED(Light-Emitting Diode, 발광 다이오드)는 전류가 흐를 때 빛을 내는 반도체 부품입니다. 여기서는 두 개의 금속 다리가 있는 관통형(through-hole) LED를 다룹니다. 다리는 전기 연결뿐 아니라 입체 배열의 모양을 유지하는 역할도 하므로, 납땜 전에 위치를 맞추는 일이 중요합니다.
지그(jig)는 작업 중 부품이 정해진 위치에 머물도록 돕는 고정구입니다. LED 몸체를 일정한 간격의 구멍에 넣으면 한 층의 가로·세로 위치를 반복해서 맞추기 쉽습니다. 이 구멍은 몸체를 받치는 자리이며, LED의 두 다리가 들어가는 기판 구멍과는 다릅니다.
피치(pitch)는 이웃한 기준점의 중심 사이 거리입니다. LED 몸체 중심 간격, 다리 두 개의 간격, 바닥 기판의 연결 구멍 간격을 혼동하지 않아야 합니다. 다리를 옆으로 구부려 연결하는 구조라면 몸체 중심과 최종 연결점도 어긋날 수 있습니다.
한 층의 위치를 맞추는 지그만으로 전기 연결이나 층 사이 높이가 정해지지는 않습니다. 어떤 다리를 같은 선으로 묶고 어떤 다리를 다른 층으로 연결할지 먼저 정한 뒤, 그 배선에 맞춰 몸체의 방향과 다리 모양을 통일합니다.
기판 치수에서 작업판의 구멍 위치를 정합니다
완성품이 들어갈 바닥 PCB(Printed Circuit Board, 인쇄회로기판)의 연결점과 LED 배치 도면을 먼저 대조합니다. 실크 인쇄의 숫자는 참고가 되지만, 실제 구멍 중심과 설계 치수가 일치하는지도 확인해야 합니다. 보이는 숫자를 반올림한 뒤 눈금자로 반복해서 옮기면 배열 끝에서 오차가 커질 수 있습니다.
가로로 LED가 다섯 개 있는 계산 예시를 보겠습니다. 이웃한 중심 간격이 20.32 mm라면 첫 번째 중심부터 다섯 번째 중심까지는 네 칸이므로 81.28 mm입니다. 간격을 20.50 mm로 바꾸면 같은 거리는 82.00 mm가 되어 끝점이 0.72 mm 어긋납니다. 이는 계산 예시이며 실제 조립 불량을 측정한 결과는 아닙니다.
같은 기준점에서 각 위치를 표시하고, 양 끝 사이 거리도 따로 확인합니다. 앞 구멍에서 다음 구멍까지 계속 재는 방법은 앞 단계의 표시 오차를 이어받기 쉽습니다. 한쪽 모서리에 기준점을 두고 가로·세로 위치를 각각 정하면, 잘못 표시한 구멍도 찾기 쉽습니다.
구멍 지름은 LED 몸체가 무리 없이 들어가면서 옆으로 크게 흔들리지 않도록 정합니다. 한 구멍만 먼저 시험해 삽입 깊이와 분리할 때 필요한 힘을 확인한 뒤 나머지를 만듭니다. 테두리에 있는 턱이나 몸체 형상이 걸리는 방식도 살펴봅니다. 구멍의 깊이가 제각각이면 중심 간격이 맞아도 LED 높이가 달라집니다.
작업판과 다리 모양을 납땜 전에 준비합니다
쉽게 구멍을 뚫을 수 있다는 이유만으로 아무 재료나 납땜 지그로 쓰지는 않습니다. 작업판은 실제 가열 조건에서 구멍 위치를 유지하고, 녹거나 부스러져 접합부를 오염시키지 않아야 합니다. 열과 정전기에 대한 특성을 모르는 포장용 발포재는 완성된 납땜 고정구로 간주하지 않습니다. 차가운 상태에서 배열을 시험하는 용도와 납땜 중 지지하는 용도를 구분합니다.
LED의 다리는 리드(lead)라고도 합니다. 필요한 굽힘은 납땜 전에 준비합니다. 몸체 바로 밑을 꺾거나 몸체를 지렛대처럼 잡고 구부리면 내부 연결에 힘이 전달될 수 있습니다. 사용할 부품의 허용 굽힘 위치를 확인하고, 리드를 지지한 상태에서 필요한 모양으로 성형합니다. 이미 납땜한 층을 잡아당겨 치수를 맞추지 않습니다.
애노드(anode)와 캐소드(cathode)는 LED의 두 전극 이름입니다. 보통 애노드에서 캐소드 방향으로 순방향 전류가 흐를 때 켜집니다. 다리를 자르거나 구부리면 길이만으로 방향을 구분하기 어려워지므로, 부품 도면과 확인된 표시를 기준으로 방향을 맞춥니다. 한 부품을 잘못 돌려 놓으면 격자 모양은 맞아도 전기 연결은 틀릴 수 있습니다.
한 층을 조립하고 검사한 뒤 다음 층으로 넘어갑니다
- 전원을 연결하지 않은 상태에서 준비한 LED를 지그에 넣습니다. 몸체가 같은 깊이에 놓였는지 옆에서 보고, 두 다리의 방향이 계획한 배선과 맞는지 위에서 확인합니다.
- 서로 접합할 리드만 정해 둔 위치에서 만나게 합니다. 교차해 보여도 연결하면 안 되는 선은 떨어져 있어야 합니다. 인두가 들어갈 공간과 접합부를 볼 수 있는 공간을 남깁니다.
- 리드가 겹치는 접합부를 지지한 채 납땜합니다. 인두 끝이 LED 몸체나 지그에 닿지 않게 하고, 부품이 허용하는 납땜 조건을 지킵니다. 맞지 않는 리드를 가열하면서 잡아당겨 억지로 연결하지 않습니다.
- 접합부와 부품이 충분히 식은 뒤 한 층을 고르게 분리합니다. 한쪽 모서리만 들어 올려 나머지 LED를 구멍에서 비틀어 빼지 않습니다. 걸리면 당기는 힘을 키우기 전에 구멍과 몸체의 간섭을 확인합니다.
- 작업판에서 뺀 상태로 평면의 휨, 몸체의 높이, 인접 리드 사이 간격을 봅니다. 이어져야 할 접합과 떨어져 있어야 할 부분을 구분해 검사하고, 각 LED가 정한 시험 조건에서 켜지는지 확인합니다.
이 단계에서는 잘못된 LED나 접합이 다른 층에 가려지기 전에 찾아냅니다. 점등 시험은 부품에 맞는 전류 제한이 있는 회로에서 진행하며, 전원이나 배터리를 LED에 바로 연결하지 않습니다. 전체가 한 번 반짝였다고 해서 모든 LED의 방향과 접합을 확인한 것은 아닙니다.
층 사이 높이는 별도의 기준으로 맞춥니다
평면 지그는 한 층의 가로·세로 위치를 정합니다. 층을 쌓을 때 필요한 높이는 간격 유지구(spacer)처럼 높이가 정해진 지지물로 따로 맞춥니다. 각 층에서 같은 기준면을 잡고, 높이와 수평을 확인한 뒤 연결합니다. 기울어진 층을 다음 층의 리드로 잡아당겨 펴면 접합부에 힘이 남습니다.
층을 하나 추가할 때마다 그 층의 기울기와 연결을 검사합니다. 높이는 같아도 한 층을 반 바퀴 돌려 올리면 연결할 전극이 바뀔 수 있으므로, 기준 모서리와 부품 방향을 함께 확인합니다. 납땜 후 지지물을 빼낼 공간도 미리 마련해야 합니다.
바닥 기판과 결합하기 전에는 모든 연결 리드가 대응 구멍에 동시에 들어가는지 확인합니다. 일부만 맞는다면 구멍 위치, 리드 성형, 층의 회전과 휨을 조사합니다. 완성된 큐브를 눌러 끼우거나 기판을 휘어 맞추지 않습니다. 필요한 수정은 접합부와 LED 몸체에 무리한 힘이 남지 않도록 분리·재조립할 수 있는 단계에서 해야 합니다.
모양 검사와 점등 검사는 따로 기록합니다
| 확인한 현상 | 먼저 볼 부분 |
|---|---|
| 한 층의 끝으로 갈수록 간격이 맞지 않습니다 | 피치의 반올림, 기준점에서의 좌표, 양 끝 중심 사이 거리 |
| LED 하나만 높거나 기울어져 있습니다 | 구멍 깊이, 몸체의 걸림, 굽힌 리드가 받는 힘 |
| 층마다 수평이 달라집니다 | 높이를 잰 기준면, 간격 유지구의 높이, 연결 전 층의 휨 |
| 모양은 맞는데 일부만 켜지지 않습니다 | 전극 방향, 미접합, 단락, 부품 상태와 시험 회로 |
| 기판의 일부 구멍만 맞습니다 | 연결 리드 위치, 배열 방향, 누적 치수 오차와 변형 |
지그로 모양을 맞췄다고 해서 LED를 구동하는 회로까지 검증된 것은 아닙니다. 전극을 묶는 방식, 전류 제한, 제어 신호는 실제 회로에 맞춰 확인해야 합니다. 정렬 기준을 먼저 만들면 조립 중 생긴 문제와 전기적인 문제를 구분하기 쉬워집니다.